蔡小虎

(厦门365体育公司，福建厦门，361000)

摘要：杨家溪2号跨海大桥建设过程中出现桥墩位置，面临“拆除重建”和“超期完工通车”的风险。通过采取“爆炸纠偏法”改变桥墩外力平衡(采用炮孔爆炸法使桥墩一侧的淤泥液化)，同时加载外力，成功迫使桥墩恢复原位，保证大桥按时建成通车，挽回巨大的经济损失和工期损失，可为类似工程提供叁考。

关键词：跨海大桥；桥墩位移；爆炸纠偏

1工程概况

杨家溪2号跨海大桥建造难度大，为福宁高速公路建设的关键点，因征地问题及建造难度，工程进度已严重滞后于高速公路整体施工进度。该跨海大桥桥墩建造过程中，因便道改道加宽，致使已建好的18号桥墩处的便道荷载加重，18号桥墩两侧受力平衡被打破，迫使18号桥墩顶端向一侧位移23cm。18号桥墩位移已大大超出施工允许偏差，若不及时复位，将严重影响高速公路的通车计划。18号桥墩位移发生后高速公路建设指挥部立即指示全力恢复，短时间若无法恢复，坚决拆除重建。建设各方立即组织专家商讨应对办法，同时紧急清除靠近18号桥墩的便道填料，并施加机械拉力促使桥墩复位：除第一次复位2cm外，之后再无效果。各方讨论结果与指挥部意见一致，若桥墩无法复位，只有拆除重建，工程进度绝不能一再延误。

2纠偏方案选择

2．1 18号桥墩位移情况

18号桥墩距离海岸25m(落潮后)，桥墩位于淤泥面以下部分16m，桥墩所处地质：软基处第四系地层主要为海积淤泥层，局部夹淤泥质黏土、淤泥质亚黏土、低液限黏土及海陆相交互相沉积的粗沙、中沙等。第四系地层总厚度1．5～22．5m，灰黑色，成分以量粉粒为主，质较纯，细腻，有滑感，黏性强，有臭味，流塑，饱和，具有低强度、高压缩性、易触变等特点。符地质层主要物理力学特性见表l。

18号桥墩初次测量位移23cm，经第一次纠偏回复2cm，外力卸载后桥墩纠偏幅度减小到1．2cm。即桥墩纠偏后，一旦外力卸载，桥墩又处于不平衡外力作用下，桥墩位移回弹明显，纠偏效果无法保障。因此，必须想办法使纠偏后外力保持平衡，巩固纠偏效果。

2．2方案选择

18号桥墩处淤泥的黏滞力和正面的阻力(压力)是18号桥墩复位的主要阻力，采用爆炸法消减18号桥墩复位的主要阻力，在桥墩安全承载范围内施加外力，使其复位，既要保证复位效果，又必须保证复位后的桥墩不受损伤，能正常使用。如果爆破拆除18号桥墩，从爆破钻孔、爆破、淤泥面清渣均需要相当的时间，而且重新设计桥墩和施工需要更长的时间。从安全及工期上考虑，必须保证纠偏成功。

经专家论证，使桥墩复位需克服的困难有如下下四点：

(1)单纯的外力无法使桥墩复位，如何克服18号桥墩复位阻力，使其顺利快速复位；

(2)如何在复位过程中使桥墩不断恢复外力平衡，保证复位效果不回弹或回弹较小；

(3)如何巩固纠偏效果，在纠偏后保证桥墩不再发生位移；

(4)如何在保证桥墩在纠偏过程中不受损伤；

爆炸纠偏方案如能克服上述难点，18号桥墩复位定会取得成功。

2．3爆炸纠偏可行性分析

根据最初的机械纠偏情况进行分析，桥墩位移主要是由于堆石体(便道)引起的淤泥侧压力所造成。而堆石体位于淤泥上方3～6m深度范围内，堆石体对桥墩的侧压力随淤泥深度的增加而减小，故挖除桥墩附近的土石方量，桥墩复位效果明显，后期靠拉力纠偏，复位缓慢。随着复位幅度的增加，复位侧淤泥密实度增大，复位阻力也越来越大，若采用小量炸药爆炸法液化淤泥，可减小桥墩复位阻力，加快纠偏进度。

爆炸纠偏就是在18号墩位移的背侧距墩一定距离处沿桥墩轴向等距离布置几个条形药包，深度5～6m(在钢护筒长度范围内)，利用爆炸对淤泥的液化和爆炸引起的淤泥空腔，形成负压，消减桥墩背面淤泥阻力，为防止淤泥回流再次形成桥墩复位阻力，炸药爆炸后立即配合拉力牵引桥墩芷位。从图1所示机械纠偏和爆炸纠偏力学对比分析可知：爆炸液化淤泥大幅度减少了桥墩的纠偏阻力(P₂＜＜P₁)，在相同机械加载外力F₁的作用下，桥墩复位效果将明显加大。

此外，在桥墩的复位过程中，淤泥的流动性会使18号桥墩在复位过程中正侧因桥墩复位产生的空隙得以及时填充，趋向形成新的力的平衡，有助于巩固纠偏成果。

由于埋药深度范围内有钢护筒的保护，并在护筒周围预留0．5m淤泥缓冲层，可保证桥墩不受爆炸损伤。工艺上采取爆炸→牵引→爆炸→牵引反复循环多次(每循环l～2天)，半月内应可恢复原位，纠偏方案耗费周期短，经济、安全，是最佳的桥墩纠偏方案。

3爆炸纠偏方案及安全校核

3．1爆炸纠偏现场实验

爆炸纠偏采用多分段、少装药、转移冲击波方向的设计原则，以保护桥墩不受损坏。

根据淤泥爆炸实验，在淤泥内分三组进行爆炸实验，实验数据(见表2)表明：淤泥中单耗确定在k=0．15～0．3k/m³是安全的，为保证爆破时淤泥不飞起污染桥墩，取k=0．2～0．25kg／m³。

3．2爆炸纠偏方案

爆炸纠偏采用先在桥墩背侧爆炸，使淤泥液化，然后立即外力牵引桥墩复位，若一次回复不到原位，再次爆炸+牵引，反复循环，直至复位。

爆炸纠偏布孔方式如图2所示。

在桥墩背侧各布3～4个孔，采用微差分段逐孔爆破，减小对桥墩的冲击，爆孔参数如下。

孔深：L=5～6m

孔距：a=0．8～1．2m

线装药量：q=0．2～0．3kg／m

单孔装药量：Q=0．75～1．25kg

爆孔距桩表面距离：H=1．5m

起爆顺序：采用逐孔微差起爆网路。

炸药采用乳化炸药和导爆索束，雷管采用非电防水雷管。

3．3爆炸纠偏安全校核

3．3．1  爆炸冲击波安全校核

采用中科院力学所提供的淤泥中爆炸冲击压力峰值和距离的关系，则冲击压力峰值^[1]为：

式中△p—压力峰值，Pa；

R—测点与爆心距离，m；

Q—药量，kg。

由于炸药沿18号桥墩轴线均匀线性布置，线装药量仅对附近桥墩体产生明显冲击压力，故在爆炸纠偏方案中选取Q=0．25kg，R=1．5m，则△p=23．3MPa，小于钢筋混凝土动载强度25MPa，表明爆炸冲击波对桥墩的作用处于安伞范围内。

3．3．2外力加载安全校核

通过前期的机械纠偏经验，电动葫芦加载外力达6t时，18号桥墩未受损，且18号桥墩机械纠偏幅度达1．2cm。

在爆炸纠偏方案中，淤泥中炸药爆炸原理是利用爆炸对淤泥的液化和爆炸引起的淤泥空腔形成负压，能大幅消减桥墩背面淤泥阻力。在爆炸纠偏作用下，爆炸后所需的加载外力值远小于机械纠偏时的加载外力值，说明在爆炸纠偏方案中，加载6t外力更能达到纠偏效果，且不会对18号桥墩造成损坏。

爆炸纠偏选定加载外力6t为极限值，确保18号桥墩完好。

3．3．3爆炸地震波安全校核^[2]

由于饱和土中总存在一些微小气泡，饱和土仍具有一定压缩性，即饱和土在一定程度上具有非饱和土的性质，理想的饱和土并不存在。

根据土中爆破机理，对无限非饱和土中的封闭爆炸，由于土体强度不超过数兆帕，土体的强度可忽略不计。非饱和土体中的爆炸作用影响分区，即爆炸空腔、塑性流动区、弹-塑性变形缩区(也叫压缩区)应力波进一步衰减为弹性波，此时应力波强度已低于土体的弹性极限，地震波仅引起土体的弹性变形。

根据淤泥爆炸试验，集中药包0．3kg，深度1m时，爆坑(即爆炸空腔和塑性流动区范围内的空腔)半径为0．375m，远小于药包与桥墩表面的距离1．5m。桥墩位于压缩区外的弹性振动区，且桥墩强度远大于淤泥的土体强度，故地震波引起的质点位移不会造成桥墩损坏。

4爆炸纠偏施工工艺

4．1装药器械

采用爆炸抛石挤淤^[3]施工中挖机改装的直插式装药机，其他装置采用特制的缩小的装药设备。

4．2施工流程

清除桩侧便道土石方和施工废料→测量桩位→外力准备(电动葫芦牵引)→爆破装药^[4]→起爆→启动电动葫芦→监测外力荷载(不能超出安全值)→进入平衡期→测试本次纠偏效果→进入下一轮纠偏。爆炸纠偏流程如图3所示。

4．3爆炸纠偏注意事项

(1)起爆前必须做好爆炸纠偏前外力加载准备，确保爆炸后桥墩的外力尚未平衡前即刻加载外力；

(2)加载外力时要逐渐加载，严密监视加载值，防止损坏18号桥墩；

(3)需持续加载外力，直至18号桥墩不再回位，且桥墩外力平衡后方可逐渐卸载；

(4)平衡期监测确保18号桩不再位移，桥墩外力重新平衡后方可再次纠偏，以巩固本次纠偏效果；

(5)爆后纠偏效果分析并及时修改纠偏方案。

5纠偏过程和实际效果

本项目纠偏共实施了6次(见表3)，纠偏效果逐次减弱，且每次桥墩复位值均有回弹，回弹幅度逐次减小，但回弹比例逐次加大。故第六次纠偏按预计纠偏超出预定数值0．3cm，外力平衡后卸载回弹0．5cm，最终结果处于允许范围内，通过建设各方检验合格，本项目纠偏成功。

6纳沦

18号桥墩爆炸纠偏共耗费18天，18号桥墩成功复位并通过工程验收。在18号桥墩爆炸纠偏案例中有以下几点结论：

(1)淤泥阻力主要分布在上部，是桥墩复位的主要阻力。

(2)纠偏必须考虑桥墩的安全承载力范围，逐渐加载，防止损伤桥墩。

(3)爆炸采用药量必须依据桥墩承受动载能力，计算安全的爆炸参数。

(4)纠偏过程中必须严密监测纠偏效果，防止偏移反复，巩固纠偏效果。

(5)最初纠偏消除阻力后桥墩复位回弹比例小，纠偏效果明显；之后随着纠偏次数增多，未受爆炸影响的下部淤泥的阻力占总复位阻力的比值加大，复位幅度减小，回弹比例增加，纠偏效果逐步减弱。

参考文献

[1]刘殿中．工程爆破实用手册[M]．北京：冶金工业出版社，1999：461～462．

[2]汪旭光．爆破手册[M]．北京：冶金工业出版社．2010：42～44．

[3]冶金部安伞技术研究所．GB 6722—2003爆破安全规程[S]．北京：中国标准出版社，2004．

[4]郭雪珍，陆正，王学兵．宁德核电站大面积爆破挤於施工技术应用[J]．工程爆破，2014，20(1)：18～21．

 摘自《中国爆破新进展》